平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法

刻线密度准确与否直接影响光栅色散及给定波长的衍射方向,进而影响光谱仪器结构设计.为了提高全息光栅刻线密度的制作精度,提出了平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法.将给定刻线密度的基准光栅放在干涉场曝光区域内,调节光束干涉角,干涉场曝光光束经基准光栅衍射后,根据调整光栅刻线密度的不同选择不同的衍射级次相互叠加形成莫尔条纹,...     

基于泰伯效应的高斯光束尺寸测量

光栅用在高斯光束参数测量中的突出优点是方法简单，成本较低，全息光栅由于其制备容易，无周期误差而比一般光栅具有更多的优点。在用光栅进行光斑测量的实验中，观察到由全息光栅引起的泰伯（Ｔａｌｂｏｔ）效应携带有关光斑参数的有用信息，本文提出了一种基于泰伯效应的测量方法，只需测定条纹间隔就能确定高斯光束尺寸，因此降低了对光源或光栅定位精度，电路和光源稳定性的要求，文中聚焦高斯光束照明全息光栅时光场分布，及其     

平面全息光栅曝光系统中的分光器件特性分析

分光器件是全息光栅曝光系统中的关键光学元件,它将入射激光光束分成两束,两相干光束叠加后形成干涉条纹。曝光系统的稳定性不但影响干涉条纹对比度,还影响光栅衍射波前像差、杂散光水平以及光栅掩模刻槽质量。为了提高曝光系统的稳定性,分析入射光束角度偏离与两相干光束夹角(2θ)的关系,并结合干涉条纹周期公式,分别导出了以光栅和棱镜作为分光器件时入射激光束角度偏离量与待制作光栅空间相位差的解析表达式,据此分析了光栅和棱镜曝光系统的稳定性。结果表明,采用光栅分光的曝光系统的稳定性比棱镜分光曝光系统稳定性提高5~6个数量级,这对长时间曝光制作全息光栅具有实际意义。     

提升全息光栅掩模占空比均匀性的曝光系统

在基于衍射光栅光波导的增强现实近眼显示设备中,光栅的占空比均匀性对成像均匀性影响很大。提出一种提升全息光栅掩模占空比均匀性的罗艾镜曝光系统,该系统采用移动挡板和改变干涉场光强的方法,来补偿全息曝光时高斯光束光强不均匀导致的光栅掩模占空比不均匀。实验中使用该方法制备的光栅,其占空比的极差相比用传统罗艾镜曝光系统制作的光栅降低了66%以上;制成的衍射光波导片的纯色屏幕的均匀性至少提升30%。     

双光束干涉条纹间距的在线测量

双光束干涉是物理光学中的重要内容，也是全息光栅制作的光学原理．本采用CCD光电传感器^[1]在线测量双光束干涉条纹间距的方法，来确定全息光栅常量的实验原理及实验装置，对了解全息照相及计算机在线测量技术是有益的。     

利用全息法在偶氮聚合物薄膜中记录涡旋光场

利用全息技术在偶氮聚合物薄膜中记录了拓扑荷数q=–1,1,2,4的涡旋光场,并将记录的原始叉形光栅与计算全息光栅进行对比,对不同拓扑荷数涡旋光的记录速率和偶氮材料的可重复擦写性能进行了测试;记录完成后,将复现涡旋光与高斯光束干涉,并与原始涡旋光和原始叉形光栅对比,分析了记录质量.实验结果表明:高阶涡旋光场的全息叉形光栅会在记录过程中发生劈裂,轻微劈裂的涡旋光束仍维持一个稳定的环状结构;全息记录过程中不同拓扑荷数的涡旋光束记录速率较为统一,偶氮材料可经过上百次的擦写而不出现疲劳;再现涡旋光与原始涡旋光在光强分布结构上保持高度一致,再现涡旋光的干涉条纹与原始涡旋全息光栅保持高度一致,涡旋光及其携带的拓扑荷信息可被有效记录和读取.     

双频全息光栅的空间衍射特性及其应用

本文详细讨论了双频全息光栅的空间衍射特性,指出利用双频全息光栅的空间衍射特性可以方便地获得等强度双光束干涉场,该干涉场既可有效地用于制作高质量全息光栅,亦可以作为产生叠栅条纹的空间虚光栅,用于微小位移、转角、变形及三维面形的高灵敏度和非接触测量。文中还给出了相应的实验结果。     

三维光栅的演示实验

在衍射光栅教学中,一般只做一维光栅和二维光棚的演示实验。而对于三维光栅,一般只讲晶体的x射线衍射,而不做演示实验(主要因为x射线设备较贵)。 本文介绍一种简单的演示方法,即用激光干涉法拍摄三维光栅,在分光计上进行演示。 采用两平行激光束拍摄全息光栅,两光束的夹角为θ,其空间频率如下式所示:若激光波长λ的单位用毫米,则v的单位是条/毫米。当所拍摄的干涉条纹空间周期比全息干板的乳胶层厚度还小时,干涉条纹便显示出一定的深度分布,此时必须把它看成是三维光栅即体光栅。如用乳胶厚度为7μ的银盐全息干板拍摄全息光栅,当干涉条纹超…     

全息光栅干涉条纹三维锁定系统的设计

全息曝光系统中干涉条纹的稳定性直接影响光栅掩模质量。研究了参考干涉条纹的特性,提出一种光栅相位、倾斜度和周期的检测方法。为提高光栅曝光系统的稳定性,设计了一套全息光栅干涉条纹三维锁定系统。利用摄像机对参考干涉条纹进行检测,利用微电机和压电陶瓷对光路进行微调,可实现对光栅相位、倾斜度和周期的有效控制。实验结果表明,三维锁定系统可有效提高干涉条纹的稳定性,缩短光栅曝光前的静台稳定时间,提高光栅曝光对比度,可为大口径全息光栅曝光质量的提高提供技术支持。     

一种制作投影灰度正弦光栅的新方法

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件,并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度,提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析,指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因,并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明,采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录,并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域,可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.     

高质量全息光栅实验系统研究

基于全息光栅在信息光学及光谱仪中的重要地位,对全息光栅进行了理论分析,提出了一种新的制作高质量全息光栅的实验系统.该实验系统的优点在于:将激光器发出的高斯光束改造成为均匀平面光波,以此平面光波作为光源可以制作出高质量的全息光栅.     

数字微镜器件在视频全息中的应用

为研究数字微镜器件在视频全息中的应用,探讨了基于数字微镜器件的全息编码方法。基于数字微镜器件的微观物理结构,讨论二维离散微镜像素结构、开态微镜列的闪耀光栅特性和脉宽调制的微镜偏转工作原理。将数字微镜器件分辨力、微镜尺寸、间隔、旋转角度、参考光入射角以及衍射条件等因素结合到计算全息编码中,提出干涉面抽样方法、相位补偿技术和无偏置二元全息编码方法,使产生的计算全息图适应数字微镜器件独特的空间光调制特性和计算视频全息的要求。实验表明,该方法调整了重构物光波的衍射方向,集中了衍射光在重构像中的分布,增加了成像清晰度和光能有效利用率,提高了全息编码效率。     

Peculiarities of spontaneous grating generation in light-sensitive waveguide layers during holographic grating formation

The generation of spontaneous (noise) gratings during the simultaneous formation of a holographic grating in thin (on the order of the cutoff thickness of the TE₀ waveguide mode) AgCl-Ag films by two laser beams with λ = 532 nm and polarization vectors that make an angle of 45° with the plane of incidence have been studied. The electron microscopy images and diffraction patterns have revealed a significant difference of the spontaneous-grating structure from the structure obtained under irradiation by one laser beam. The spontaneous gratings have a significant spread in the directions of their wave vector, and the diffraction pattern (recorded using a probe beam with λ = 337 nm) has the form of a bundle of diverging arcs that intersect at one point. This difference is caused by self-diffraction from the holographic grating, which is responsible for the main diffraction peaks with odd orders, the growth of spontaneous gratings because of the interference of the beams diffracted by the holographic grating with the waveguide TE₀ modes scattered in the film, and silver transport to the interference minima. The diffraction patterns are quantitatively analyzed and the period of the new (formed under two-beam irradiation) spontaneous gratings is calculated. The calculation results are in good agreement with the experimental data.     

局域体全息光栅的衍射特性

基于三维耦合波理论，研究了两束有限宽度的任意偏振平面波干涉产生的局域体全息光栅的衍射问题。以单位均匀振幅的任意偏振平面波为例，给出了透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的解析表达式，讨论了记录过程和再现过程中入射的参考光波的偏振角对透射波和衍射波振幅的影响。计算结果表明，记录过程中的偏振角越小，形成的光栅内的耦合越强，衍射效率越高，但光束质量越差；再现过程中不同的偏振角，由于入射波和衍射波的电矢量的不同方向的耦合强弱不同，透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的振幅变化行为不同。     

曝光系统离焦对平面全息光栅衍射波前的影响

波前像差是衍射光栅的重要技术指标，它直接影响光栅的分辨率。由光致刻蚀剂记录两束相干光干涉条纹是制作全息光栅的关键步骤。为了提高全息光栅曝光系统调整精度、减小离焦、降低光栅的衍射波前像差，从离焦对反射球面准直镜的准直光平行度的影响程度出发，分析了准直光平行度对全息光栅衍射波前像差的影响。理论分析和数值模拟结果表明，准直镜调整误差直接决定全息光栅衍射波前像差大小。以3种不同刻线密度光栅为例，得出了准直镜调整误差的允许变化范围。     

Interference of circularly polarized light: contrast and application in fabrication of three-dimensional periodic microstructures

The contrast of interference pattern formed by two circularly polarized waves and by a linearly polarized wave and a circularly polarized one is discussed. The results are compared with that by two linear beams. It shows that the use of circular light in holographic fabrication of three-dimensional periodic microstructures may remove the necessity of beam ratio and polarization optimization needed in the interference of three linear noncoplanar beams and improve the uniform contrast of resultant pattern simultaneously.     

A method for the evaluation of the grating envelope in volume holographic media

A novel method for measuring the three-dimensional spatial distribution of gratings in a volume holographic medium is described. In this method, the diffraction of a uniform probe light wave is measured as a function of the deviation (either in angle or wavelength) from the Bragg condition. The envelope function of the grating is obtained by solving the coupled wave equations inversely. Not only the amplitude but also the phase of the envelope function is obtained. This method allows for the depletion of the probe light wave in the hologram and is applicable to both dielectric (refractive index) and absorption gratings. The resolution and the maximum measurable depth in this method are discussed.     

On the Fresnel diffraction pattern of phase holographic gratings

The Fresnel diffraction pattern of phase diffraction gratings is studied on the example of idealized sinusoidal relief-phase plane holographic thermoplastic gratings. It is shown that, in the region of low spatial frequencies, which are more than two times lower than the inverse wavelength of the reading coherent radiation, the intensities of the main diffraction maxima, the diffraction efficiency, and the light-scattering power are independent of the spatial frequency of the phase gratings under investigation, which are characterized by a sinusoidal law of modulation of the reading-radiation phase. It is established that the range of spatial frequencies at which a plateau is observed in these dependences increases with decreasing amplitude of the phase modulation of the reading light. These dependences are also observed to have similar character for the thermoplastic holographic gratings under study. Calculations were performed to analyze the influence of real profiles of thermoplastic strain on the diffraction efficiency and light-scattering power of such gratings. On the basis of analysis of the results obtained, recommendations on using holographic and raster techniques of recording data on phase carriers are given that make it possible to improve the quality of the restored optical image.     

使用辅助光栅的平面变间距全息光栅加工理论研究

变间距全息光栅具有自聚焦和消像差功能,是高分辨率光谱仪与同步辐射单色器中的重要元件。研究了使用平面等间距光栅产生非球面波,记录平面变间距全息光栅的方法。根据几何光学的光线追迹理论,推导了光栅参量的四阶解析表达式。并基于费马原理,提出了记录光路的光线追迹数值算法。应用所推导的光栅参量四阶表达式,仿真设计了变间距全息光栅。通过合理选择记录参量,可以避免光栅基底受到零级及高阶衍射光场的影响。设计结果表明,理论光栅线密度与要求值相当符合;经光线追迹数值算法验证,解析表达式的展开误差在整个记录区域内小于1.5线;考虑到实际加工工艺允许误差,使用辅助光栅的记录光路对记录参量的误差并不敏感;设计实例证明了解析表达式的有效性,以及使用辅助光栅的记录光路的优越性。     

光横向传播的光折变体全息透镜设计及其衍射性质

提出了一种新型的可用于光束横向传播的光折变体全息透镜。该透镜是由入射方向相互垂直的一束平面波和一束球面波在双掺杂的铌酸锂晶体平板上记录形成的，它可以将垂直入射晶体平板的输入光束产生横向传输并聚焦，或对输入光点产生横传并准直输出。该透镜除了具有一般体全息透镜的稳定性好、可靠性高的特点外，特别具有光束横向传播的功能，因而具有空占比小、更易于整个光学透镜系统的微小化集成的优点。利用局域体全息的耦合波理论，计算了该透镜衍射光的振幅分布和衍射效率。计算了该透镜的焦面上的强度分布，并与理想球面波照射矩形孔径时焦面上的强度分布进行了比较。